Temat ćwiczenia projektowego.

Wykonać obliczenia sprawdzające elementów składowych systemu odwadniania odcinka drogi samochodowej klasy V. Obliczenia wykonać dla przyjętych: kategorii budowli komunikacyjnej, budowy geologicznej podłoża, położenia zwierciadła wody gruntowej, itp.

Obliczenia sprawdzające powinny zawierać:

1. Wymiarowanie rowów (ścieków) skarpowych, w tym obliczenie wielkości odpływu sekundowego ze zlewni, wkreślenie rowów w przekrój poprzeczny budowli komunikacyjnej oraz określenie zdolności przepustowej rowów (ścieków) skarpowych dolnych.

Dane:

L₁ = 255m,

v₁ = 3 m/min,

L₂ = 479m,

J_d = 0,3%,

P_n = 715 mm,

F_z = 20,24ha,

ψ = 0,08

2. Wymiarowanie przepustu (małego mostu), w tym określenie natężenia przepustu miarodajnego o określonym prawdopodobieństwie pojawiania się oraz określenie parametrów przepustu.

Dane:

Rodzaj gruntu: piaski średnie zaglinione.

Q_p=1%= 10,20m³/s,

1:m = 1:1,75

J_d= 2,4 ‰.

3. Wymiarowanie elementów odwodnienia wgłębnego, w tym określenie wymaganego usytuowania wysokościowego ciągów drenarskich, określenie ilości odpływającej wody oraz określenie zdolności przepustowej projektowanych ciągów drenarskich.

Dane:

Poziom zwierciadła wody gruntowej: 450 m

Rodzaj gruntu: piaski średnie

Głębokość wykopu: 2,03 m

Długość odcinka odwadnianego: L= 582 m

Teren: teren niezabudowany o znacznym zróżnicowaniu wysokościowym

Powyższe punkty należy udokumentować graficznie i opisowo, w formie stosownego opisu technicznego i rysunków technicznych.

1. WYMIAROWANIE ROWÓW SKARPOWYCH DOLNYCH

1. PRZYJĘCIE WYMIARÓW ROWÓW

Przyjęto wymiary rowów skarpowych jak na rys. 1

2. CZAS TRWANIA DESZCZU

t_d = t₁ + t₂ + t₃

1.2.1) Wyznaczenie czasu spływu cząsteczek wody z najbardziej oddalonego punktu zlewni

• Odległość spływu: L₁ = 255

• Prędkość spływu: v₁ = 3 m/min

= 85,00 min

1.2.2) Wyznaczenie czasu płynięcia cząsteczki wody w urządzeniu odwadniającym

• Odległość spływu: L₂ = 479

• Prędkość spływu:

gdzie:

J_d - spadek rowów: J_d = 0,3%;

n - współczynnik zależny od rodzaju gruntu: n = 0,03 (dla gruntów rodzimych);

R_h - promień hydrauliczny:

gdzie:

A - pole przekroju rowu odwadniającego znajdującego się poniżej zwierciadła wody;

O_z - obwód zwilżony

A =
•(0,40 + 1,92)•0,30 = 0,35 cm²

O_Z = 0,40+2•0,95 = 2,30 m

m/s

= 1,53 min

1.2.2) Wyznaczenie czasu potrzebnego na rozpoczęcie ruchu wody w urządzeniu odwadniającym

t₃ = 0,20•t₂

t₃ = 0,20•1,53 = 0,31 min

Czas trwania deszczu:

t_d = 85,00 + 1,53 + 0,31 = 86,84 min

1. NATĘŻENIE DESZCZU MIARODAJNEGO

• Wskaźnik opadu normalnego: P_n = 715 mm

• Klasa techniczna drogi: G

• Częstotliwość pojawiania się deszczu: C = 1rok

• Współczynnik powtarzalności deszczu:

= 29,17

Natężenie deszczu miarodajnego:

q = 29,17

1. ODPŁYW SEKUNDOWY ZE ZLEWNI

• Powierzchnia zlewni: F_z = 20,24 ha

• Współczynnik spływu: ψ = 0,08

• Współczynnik opóźnienia odpływu: ϕ = 1,0

Q = 20,24•29,17•0,08•1,00 = 47,23

Odpływ sekundowy ze zlewni:

Q = 47,23

1. ZDOLNOŚĆ PRZEPUSTOWA ROWU

• Powierzchnia przekroju odpływowego: A = 0,35 m²

• Prędkość spływu wody w urządzeniu odwadniającym: v₂ = 5,21
  

Q_r = 0,35•5,21 = 1,82
= 1820

Przepustowość rowu:

Q_r = 1,82
= 1820

1. ANALIZA MOŻLIWOŚCI ODPROWADZENIA WODY ZE ZLEWNI

Q < Q_r

Q = 47,23
< Q_r = 1820

Wnioski: Przyjęte rowy skarpowe zaprojektowane są poprawnie. Dno i skarpy rowów należy umocnić darniną (występuje duża prędkość przepływu).

2. WYMIAROWANIE PRZEPUSTU

2.1 PRAWDOPODOBIEŃSTWO WYSTĄPIENIA WIELKIEJ WODY MIARODAJNEJ

• t_o = 50 lat - dla przepustów,

• m₁ = 1,0

• m₂ = 1,1

T = 50•1,0•1,1 = 55 lat

= 1,82%

Prawdopodobieństwo wystąpienia wielkiej wody miarodajnej:

P = 1,82 %

2.2. Lokalna regulacja cieku.

2.2.1. Dane i założenia.

• Pochylenie skarp cieku: 1:1,75

• Nachylenie terenu: J_d = 2,4 ‰

• Geometria cieku (założenie):
  (rys. 2)

• Grunt: piaski średnie zaglinione

• Q_p%=10,20
  

2.2.2. Parametry przekroju.

• Obwód zwilżony:

O_z = b + 2•

O_z = 4•h₀ + 2•
= 4•h₀ + 2
= 4•h₀ + 2•1,80h₀ = 7,61h₀

• Powierzchnia przekroju cieku znajdująca się poniżej zwierciadła wody:

A_c =
= 5,50

• Promień hydrauliczny:

• Współczynnik szorstkości: n = 0,030

• Prędkość przepływu wody:

2.2.2. Obliczenie minimalnych wymiarów przekroju cieku.

h₀ ≥ 1,03

Wymiary cieku: h_o = 1,10m;

b = 4•1,10 = 4,40m

2.2.4. Sprawdzenie rozmycia dna cieku.

• Prędkość przepływu wody w uregulowanym cieku:

Dopuszczalna prędkość wody dla piasków średnich, przy której nie występuje rozmycie dna (dla napełnienia h_o=1,0m):

Dla napełnienia h_o=1,5 m:

>

Na odcinku regulacji dno i skarpy cieku należy wzmocnić darnią.

2.3.Obliczenie wymiarów przepustu.

2.3.1. Założenia.

Założono wykonanie przepustu ramowego o wlocie nie zatopionym. Schemat obliczeniowy przedstawiono na rys. 1

2.3.2. Obliczenie światła przepustu.

• Poziom wody w przepuście:

h_p = h₀ + 0,05

h_p = 1,10 + 0,05 = 1,15m

• Natężenie przepływu:

Q = 10,20

• Wyznaczenie wysokości energii przed przepustem:

• Obliczenie światła przepustu:

= 1,97 m

Przyjęto: B = 2,00 m

• Wyznaczenie napełnienia przed przepustem:

= 2,23 m

• Obliczenie potrzebnej wysokości przepustu:

Przyjęto: H_p = 1,90 m

• Prędkość wody w przepuście:

• Długość zabezpieczenia: 20m

3. WYMIAROWANIE ELEMENTÓW ODWODNIENIA WGŁĘBNEGO

3.1 Dane i założenia

• Klasa techniczna drogi: G

• Szerokość korony drogi: 11,00m

• Szerokość jezdni: 7,00m

• Szerokość poboczy: 2x2,00m

• Głębokość rowów: h = 0,50m

• Szerokość dna rowów: s = 0,40m

• Nachylenie skarp rowów: 1:1,75

• Głębokość wykopu: H_w = 2,03 m

• Poziom zwierciadła wody gruntowej: H_zwg=4,50m p. p. t

• Drenaż wgłębny wykonany będzie pod dnem rowów

• Długość odcinka odwadnianego: L = 582 m

• Teren niezabudowany o znacznym zróżnicowaniu wysokościowym: wsiąkanie W = 0,050⋅10^-6 m/s = 2,34⋅10^-3 m/dobę

• Grunt rodzimy: piaski średnie zaglinione: k_f=1,74⋅10^-4 m/s = 15 m/dobę

• Rozstaw drenów:

= 14,90m

Schemat do obliczania drenażu wgłębnego przedstawiono na rys. 4.

3.2 Określenie wymaganego usytuowania wysokościowego ciągów drenarskich

• Rozstaw drenów:

h_max =

gdzie:

h_max - największa wysokość wzniesienia obniżonego zwierciadła wody podziemnej w przestrzeni między drenami,

k_f - współczynnik wodoprzepuszczalności,

W - wsiąkanie

• Największa wysokość wzniesienia obniżonego zwierciadła wody podziemnej:

h_max =
= 1,07

3.3 Określenie ilości dopływającej wody.

• Obciążenie drenu przy obustronnym dopływie:

• Całkowity dopływ do drenu o długości L:

3.4 Określenie zdolności przepustowej ciągów drenarskich.

• Średnica drenów: D=10cm=0,1m

• Napełnienie drenów:

• Spadek ciągów drenarskich: J = 2% = 0,02

• Kąt środkowy: ϕ = 191^o28'42'' = 191,48⁰ = 3,34rad

• Promień hydrauliczny:

• Pole przekroju przepływowego:

• Zdolność przepustowa ciągów drenarskich:

Wnioski: Drenaż zaprojektowano poprawnie.

4. OPIS TECHNICZNY

4.1 Podstawa opracowania.

Podstawą niniejszego opracowania jest temat projektu wydany przez dr inż. Jerzego Machajskiego obejmujący wykonanie projektu elementów składowych systemu odwadniania odcinka drogi samochodowej klasy G o długości 255 m.

4.2 Ogólny opis warunków gruntowych.

Droga położona jest w terenie niezabudowanym o nieznacznym zróżnicowaniu wysokościowym. Gruntem rodzimym są piaski średnie zaglinione. Poziom zwierciadła wody gruntowej wynosi 4,50m poniżej poziomu terenu.

4.3 Odwodnienie powierzchniowe.

Jako odwodnienie powierzchniowe przewidziano rowy skarpowe o przekroju trapezowym, szerokości równej 0,40m i wysokości wynoszącej 0,50m. Nachylenie skarp: 1:1,75. Dno i skarpy rowów należy umocnić darnią.

4.4.Przepust ramowy.

Elementem odprowadzającym wodę pod nasypem jest przepust ramowy, betonowy, o wlotach ze skrzydełkami ukośnymi (rozwartymi) odchylonymi od osi otworu pod kątem 30^o. Szerokość przepustu wynosi 2,00 m, a jego wysokość 1,90 m.

4.5.Odwodnienie wgłębne.

Rolę odwodnienia wgłębnego pełni drenaż poziomy (systematyczny). Drenaż poziomy stanowią dreny o średnicy 0,10m (10cm) ułożone bezpośrednio na poziomej warstwie nieprzepuszczalnej.

5. LITERATURA

1. Wykład - dr inż. J. Machajski: Odwodnienie budowli komunikacyjnych.”

2. J. Sysak: „Odwodnienie podtorza.”

3. J. Machajski, R. Rogala, W. Rędowicz: „Hydraulika stosowana. Przykłady obliczeń.”

POLITECHNIKA WROCŁAWSKA WROCŁAW 23. 01. 2002

INSTYTUT GEOTECHNIKI I HYDROTECHNIKI

ZAKŁAD BUDOWNICTWA WODNEGO

ĆWICZENIE PROJEKTOWE Z ODWODNIENIA BUDOWLI KOMUNIKACYJNYCH

WYKONAŁA:

Magdalena Sypniewicz

rok IV sem. VII

rok akad. 2001/2002

---